氣溶膠發(fā)生器能夠?qū)⒁后w轉(zhuǎn)化為微米級(jí)的懸浮顆粒，其核心過程——霧化與顆粒形成——是流體力學(xué)與表面物理化學(xué)共同作用的精密結(jié)果。理解其背后的原理，對(duì)于控制氣溶膠的粒徑分布和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

　　一、液體霧化的流體力學(xué)機(jī)制

　　霧化的本質(zhì)是克服液體自身內(nèi)聚力（主要是表面張力），并將其破碎成微小液滴的過程。發(fā)生器主要通過以下幾種方式實(shí)現(xiàn)：

　　壓力霧化（射流破碎）：液體在高壓下通過微小噴嘴，形成高速射流。射流的不穩(wěn)定性（如瑞利不穩(wěn)定性）會(huì)使其發(fā)生波動(dòng)、扭曲，最終在空氣阻力和表面張力的競爭下斷裂成液滴。粒徑與噴嘴直徑、壓力和液體粘度正相關(guān)。

　　氣動(dòng)霧化（兩流霧化）：利用高速氣流（通常是壓縮空氣）在噴嘴處與低速液流相互作用。強(qiáng)大的氣動(dòng)剪切力將液膜或液絲撕碎，形成更細(xì)的液滴。這種方法能產(chǎn)生比壓力霧化更小的粒徑。

　　超聲波霧化：通過壓電換能器產(chǎn)生高頻機(jī)械振動(dòng)（通常>1MHz），振動(dòng)傳遞至液面形成毛細(xì)波。當(dāng)波的振幅足夠大時(shí)，波峰處會(huì)飛濺出微米級(jí)的液滴。此方法能量集中，產(chǎn)生的液滴單分散性通常更好。

　　二、顆粒形成的物理化學(xué)過程

　　霧化產(chǎn)生的初始液滴并非最終的氣溶膠顆粒，它們會(huì)經(jīng)歷一個(gè)動(dòng)態(tài)的演化過程：

　　溶劑蒸發(fā)與粒徑固化：液滴進(jìn)入氣相環(huán)境后，其揮發(fā)性溶劑（通常是水或有機(jī)溶劑）開始迅速蒸發(fā)。蒸發(fā)速率受環(huán)境溫度、濕度和液滴表面積的共同影響。隨著溶劑蒸發(fā)，液滴粒徑縮小，溶解在其中的非揮發(fā)性溶質(zhì)（如鹽類、高分子聚合物）濃度不斷升高。

　　過飽和與成核結(jié)晶：當(dāng)溶質(zhì)濃度超過其飽和溶解度時(shí)，液滴進(jìn)入過飽和狀態(tài)。分子或離子開始自發(fā)聚集，形成晶核并最終生長為固態(tài)顆粒。對(duì)于高分子或混合物，則可能形成無定形顆粒。

　　表面吸附與最終形態(tài)：在顆粒表面，表面能會(huì)驅(qū)動(dòng)其吸附環(huán)境中的氣體分子或其他物質(zhì)。最終顆粒的形態(tài)（球形、結(jié)晶或無定形）由溶質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)、蒸發(fā)速率和內(nèi)部馬蘭戈尼對(duì)流等因素共同決定。快速蒸發(fā)往往利于形成中空的球殼結(jié)構(gòu)。

　　總結(jié)：氣溶膠的發(fā)生是“力”與“相變”的共舞。流體力學(xué)提供了破碎液體的初始能量，而表面張力和蒸發(fā)動(dòng)力學(xué)則主導(dǎo)了液滴向穩(wěn)定顆粒的最終轉(zhuǎn)變。精確控制這些物理化學(xué)參數(shù)，是獲得理想單分散氣溶膠的關(guān)鍵。